幾種交聯劑對PVA固定化活性污泥的活性比較

1、ISSN 1000 20054清華大學學報（自然科學版）2004年第44卷第12期6 31CN 1122223 N J T singhuaU niv （Sci&Tech）, 2004, Vol 44, No. 12160321605, 1609幾種交聯劑對PVA固定化活性污泥的活性比較普利鋒，趙剛，王建龍（清華大學核能與新能源技術研究院，環(huán)境技術研究室，北京100084）1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Di

2、sc Co., Ltd. All rights reserved.摘 要：為了優(yōu)化選擇聚乙烯醇(PVA )固定化方法中的交聯劑，運用氧吸收速率作為評價指標，對聚乙烯醇(PVA )固定化方法中不同交聯劑對固定化活性污泥的生物活性的影 響進行了研究。采用3種不同交聯劑，即飽和硼酸+ 1% CaC 12、50% N aNO 3+ 1% CaCS、飽和硼酸 + N aH2PO 4,制 得PVA固定化污泥。通過測量不同營養(yǎng)液中固定化污泥的 氧吸收速率，比較了 3種固定化顆粒中自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌的生 物活性。試驗結果表明：在經過活化之后，各類固定化污泥 的生物活性和穩(wěn)定性均得到很大的提高；而且在3種顆粒中，采

3、用飽和硼酸+ N aH2PO4作為交聯劑制得的固定化顆 粒,其自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌的生物活性最高；該法為利用PVA載體固定化活性污泥的較好方法。關鍵詞：微生物活性；固定化；氧吸收速率；聚乙烯醇中圖分類號：X 172文獻標識碼：A文章編號：1000 20054 ( 2004) 1221603 203Com par is on of m icrobi a l activ ity ofactiva ted sludge immobilized in polyv inylalcohol gel by var ious reagen tsPU L ife ng , ZHAO Ga ng , WANG Jian

4、long(Laboratory of Env ironmen tal Technology ,In stitute of Nuclear and New Energy Technology ,Tsinghua Un iversity , Be ij ing 100084, China)Abstract : The oxygen uptake rate was used to characterize the m icrobial activity of immobilized activated sludge in m proved po lyvinyl alcoho l (PVA ) gel

5、 and different reagents. T ests compared the biological activity of th ree kinds of mmobilizati on beads of activated sludge, including the m icrobial activity of bo th auto trophic and hetero trophic bacteria from different types of synthetic w astewater m edia T he experi mental results show ed th

6、at the m icrobial activity and stability of the th ree kinds of particles w ere improved after activati on. The beads m ade of PVA , boric acid and monobasic sodium pho sphate are the best immobilized ones in term s of the m icrobial activity and m echanical stability .Key words: m icrobial activity

7、; immobilizati on; oxygen uptake rate (OU R); polyvinyl alcoho l ( PVA )固定化微生物技術應用于廢水處理，有利于提 高反應器內的微生物濃度，利于反應后的固液分離， 縮短處理所需的時間。微生物的固定化方法主要有 表面吸附技術、交聯技術、包埋技術和自身固定化 （微生物細胞間自交聯固定化）等幾種方法1,2。聚乙烯醇（polyvinyl alcoho l, PVA ）是一種微 生物包埋固定化載體3°。本文采用PVA作為包埋 材料,運用不同的交聯劑制備了幾種活性污泥包埋 顆粒。該方法把經過培養(yǎng)的活性污泥包埋在PVA與交聯劑反

8、應生成的半透明聚合物內，這是一種多孔的聚合物，小分子底物和反應的代謝產物可以自由 地通過這些多孔，而微生物細胞卻不能移動，從而實 現活性污泥中的微生物在被固定的同時保持其生物 活性。但是，由于微生物的敏感性，在包埋過程中，不 同包埋材料和交聯劑都會對微生物的活性造成不同 程度的影響。本文 采用氧吸收速率（oxygen uptake rate, OU R）的方法7對幾種用不同交聯劑制成的活性污 泥PVA顆粒進行生物活性的比較研究，希望能夠對交聯劑的使用實現優(yōu)化選擇。1材料1 1微生物高碑店污水處理廠曝氣池活性污泥；加 200m g L的BOD營養(yǎng)液（葡萄糖、谷氨酸配置）曝 氣培養(yǎng)3d。1 2 P

9、VA顆粒制備2,4,5將10%的PVA與1%的海藻酸鈉加熱溶解，作 為包埋材料;將經過培養(yǎng)的污泥用濾紙過濾得濃縮收稿日期：2004202224基金項目：國家自然科學基金資助項目（59978020; 50327802;50325824）作者簡介：普利鋒（19792,男（彝）,云南，碩士研究生。E2n ail： plf01m ails. tsinghua. edu cn通訊聯系人：王建龍，教授，E2mail: w angjl tsinghua. edu cn1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

10、1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.1604清華大學學報（自然科學版）2004, 44(12)濕污泥；將濃縮污泥與冷卻后的包埋材料按照1 2氣，使其中的溶解氧（DO）濃度達到飽和或接近飽1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學學報（自然科學版）2004, 44(12)的比例均勻混合。和；然后將適量固定化污泥顆粒與營養(yǎng)液混合于反1995-2005 Tsinghua Tongfa

11、ng Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學學報（自然科學版）2004, 44(12)1. 3交聯過程及顆粒分類將PVA和污泥的混合體用 20mL的注射器滴 加到交聯劑中，靜置一段時間后，用紗布濾出可得直 徑為 A 5mm的白色小球，用生理鹽水（0 9%的 N aCI溶液）沖洗干凈后放入塑料水樣瓶，保存在冰箱中。B組：交聯劑為飽和硼酸與1%的CaCl2混合溶 液,交聯時間為10h。N組：交聯劑為50%的N aNO3和1%的CaCb 混合溶液，交聯時間為3 hoP組：交聯劑首先為飽和硼酸溶液 ，交聯2h后 濾出顆粒，轉置到1molL的

12、N aH?PO4溶液中繼續(xù) 交聯2 ho1. 4營養(yǎng)液配置異養(yǎng)營養(yǎng)液（COD溶液）配制：稱取1. 031 g葡 萄糖，用去離子水溶解，定容于1 000 mL的容量瓶 中,制得1 000mg L的COD原液,應用時按適當比 例進行稀釋。自養(yǎng)營養(yǎng)液（NH42N溶液）配制：稱取536 m g N H 4HCO 3> 380mg M gSO4 7H2O、20mg CaCh 2HQ 和87 m g K2H PO4用去離子水溶解 ，定容于 1 000mL的容量瓶中,制得100m g L的Nm2M原 液,應用時按適當比例進行稀釋 。1. 5 PVA顆?；罨瘜⒈浔４?0 d的PVA顆粒（B、N、P三組

13、） 分別置于COD為200m g L , NH4J為20m g L的 溶液中曝氣活化20ho2實驗方法氧吸收速率的測量采用自制的溶解氧測量系 統,如圖1所示。利用溶解氧測量儀對反應器中的溶解氧進行監(jiān) 測,并通過微型計算機記錄監(jiān)測數據，數據間隔可達應器中，用磁力攪拌器均勻攪拌，采用O rion 850A型溶解氧儀（t herm o E lectron Co rpo rati on, U SA） 作為反應器中DO濃度變化的檢測儀，自編寫程序 與個人計算機連接實現 DO數據實時記錄。根據所 記錄數據，作QDO 2t曲線。根據QDO 2t曲線,按 下式計算氧吸收速率：OU R = TDOt1- rDO

14、2.t2 - t1式中：t為測量時間，QDO 1為測量開始時的溶解 氧濃度，QDO 2為測量結束時的溶解氧濃度 。本實驗中每次試驗取顆粒 8g,營養(yǎng)液80mL。利用本研究建立的測量方法，分別取B、N、P三組顆粒（每組顆粒又分為經過活化和未經活化兩 種）,加入到含 250mg L COD的異養(yǎng)營養(yǎng)液 、含 25m g L N H 42N的自養(yǎng)營養(yǎng)液和同時含250m g LCOD與25m g L N H 42N的混合營養(yǎng)液中，測量反應 體系中DO的變化，然后計算OU R值。3結果與討論3 1未活化的 PVA固定化污泥顆粒的DO變化曲線PVA固定化污泥顆粒長期保存時，顆粒中的微 生物長期處于休眠狀態(tài)

15、，其活性和穩(wěn)定性可能受到 影響。圖2所示的是3種方法制備所得的固定化污泥 保存一定時間后，未經活化，直接檢測的耗氧情況。由圖2可以看出，在沒有經過活化的情況下，這 三種方法制備的PVA固定化污泥顆粒都表現出較 差的生物活性和生物穩(wěn)定性。在20m in的反應時間 里，DO的下降值很小，遠小于經過活化的同種顆粒 在15m in內的DO下降值。在圖2a中可以看出，未經 活化的B組顆粒中異養(yǎng)型微生物的生物活性低于其 他兩種顆粒；而由圖2b、圖2c可以看出，在自養(yǎng)型 硝化細菌參加耗氧作用后，B組顆粒的OU R得到了很明顯的提高，甚至高于其他兩種顆粒。這說明B 組中異養(yǎng)微生物顆粒的活性較差，而自養(yǎng)型微生物

16、 的活性遠高于其他兩種固定化顆粒中異養(yǎng)型微生物 的活性。3 2活化過的 PVA固定化污泥顆粒的DO變化曲線活性污泥顆粒中微生物對 DO的消耗可以分為1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學學報（自然科學版）2004, 44(12)兩部分：自養(yǎng)微生物的硝化作用消耗氧和異樣微生1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學學報（自然科學版）2004, 44(12)取COD或N

17、H4昭 原液按適當比例稀釋后曝物氧化有機物消耗氧。在僅含COD的溶液中表現出1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.1604清華大學學報（自然科學版）2004, 44(12)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd.All rights reserved.普利鋒，等：幾種交聯劑對PVA固定化活性污泥的活性比較16051995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights

18、reserved.普利鋒，等：幾種交聯劑對PVA固定化活性污泥的活性比較1605*».0TT 韋二 OOJU圖2未活化顆粒在不同營養(yǎng)液中的QDO -t圖FT 苣二 ocjW4一一.=邑二 OOP（a）在昇淬艸養(yǎng)液屮圖3活化后顆粒在不同營養(yǎng)液內的DO-t圖TTg 二OdW的是異養(yǎng)微生物消耗氧的情況 ，在僅含有NH42N的 溶液中表現出的是自養(yǎng)微生物進行硝化作用消耗溶 解氧情況，而一般的生活污水中既含有 COD物質又 含有N H42N物質，體現出來的是在兩類細菌的共同 作用下的耗氧情況。測量過程中，取固定化污泥顆粒的濃度為 0. 1 g mL，測量時間間隔為 t2- ti = 15 m

19、in。由圖3和表1可以看出，無論在自養(yǎng)營養(yǎng)液、異養(yǎng)營養(yǎng)液或表1 活化后顆粒在不同營養(yǎng)液內的OUR比較營養(yǎng)液組®DO 1冋DO 2OU R-1mg L-1m g Lm g L1 - 1 m inB8 337 830033異養(yǎng)N7 836 200109P7 503 730251B8 358 040021自養(yǎng)N7 776 830063P7 705 480148B8 437 890036混合N7 826 080116P7 543 460272是混合營養(yǎng)液中，采用硼酸與磷酸二氫鈉作為交聯 劑制得的PVA固定化污泥顆粒（P組）,其OU R都 是最大的。這說明了在B、N、P三種固定污泥顆粒 中,不

20、論是自養(yǎng)型微生物還是異養(yǎng)型微生物的代謝，P組中的PVA固定化污泥顆粒都是最旺盛的,同時也說明了 P組污泥的包埋方法對污泥的生物活性影 響最小，使污泥生物活性得到了最大程度的保留。4結論PVA固定化污泥顆粒有效地保留了活性污泥中微生物的活性（包括自養(yǎng)微生物和異養(yǎng)微生物 ）。固定化污泥顆粒經過長時間保存后，其微生物活性和穩(wěn)定性需要得到恢復。因此,在使用長時間保 存過的PVA固定化污泥顆粒之前需將其曝氣活化。采用硼酸溶液與磷酸二氫鈉作為交聯劑，制得的固定化污泥顆粒在經過活化后表現出的生物活性 最高，這種交聯方法是利用 PVA固定化污泥的較好 方法。（下轉第1609頁）滲透層通過的液量很少；聚合物驅具

21、有一定的調剖 作用，隨著聚合物溶液的注入，高滲透層吸液量有所 下降，中低滲透層吸液量有所上升；在調剖驅油過 程中,交聯調剖體系能夠有效封堵高滲透層,隨著調剖體系的注入，高滲透層吸液量大幅度下降，中低滲 透層吸液量大幅度增加。根據計算結果分析，所建立 的調剖模型能夠很好模擬調剖驅油機理。5結論1）建立了描述聚合物交聯調剖驅油過程的數學模型，模型通過水相粘度和滲透率下降系數的變 化模擬調剖驅油機理。水相粘度和滲透率下降系數 表述為交聯劑濃度、聚合物濃度、pH值和成膠時間 的函數。該模型能夠模擬調剖驅油具有的流度控制 驅油機理以及所發(fā)生的對流、彌散、擴散、吸附等一系列物化現象。2）利用典型地質模型進

22、行了聚合物交聯調剖 驅油機理模擬計算，模擬計算結果表明所建立的聚 合物交聯調剖驅油數學模型能夠正確地模擬調剖驅 油機理，具有較強的實用性。3）利用數學模型可以通過數值模擬方法輔助進行聚合物交聯調剖驅油的機理研究、實際應用可行性研究、礦場方案優(yōu)選和動態(tài)預測，提高調剖驅油 開發(fā)的經濟效益。參考文獻(Refere nces)1 李明遠，鄭曉宇，林梅欽，等 交聯聚合物溶液深部調驅先 導試驗J .石油學報，2002，23 (6): 72- 76.L I M ingyuan, ZHENG X iaoyu, L IN M eiqin, et al Experi m ent in situ taking li

23、nked polym er soluti on (L PS) as in2depth p rofile contro l agent J . A cta P etro S in ica , 2002, 23 (6): 72- 76(in Ch inese)2 Saad N. Field Scale Simulati on of Chem ical F looding D . A ustin, U SA: U niversity of T exas at A ustin, 1989.3 L ake W L. Enhanced O il Recovery M . Englewood C liffs

24、, NJ: Prentice H all, 1989.4 陳國，馬遠樂，朱書堂.無相間物質傳遞化學驅濃度方程算 子分裂隱式解法J.清華大學學報(自然科學版)，2002,42 (8): 1032- 1034CH EN Guo, M A Yuanle, ZHU Shutang. Operato r splitting implicit algo rithm fo r the concentrati on equation of chemical flooding w ithout m ass transfer betw een phases J . J T si nghua Univ (Sci &

25、amp; T ech) , 2002, 42 (8): 1032 一 1034. (in Chinese)5 Delshad M. U TCH EM Version 6 1 Technical Docum entati on R . Center fo r Petro leum and Geosystem s Engineering, T he U niversity of T exas at A ustin, A ustin, T exas, 78751, 1997.6 袁益讓，羊丹平，戚連慶，等 聚合物驅應用軟件算法研究 A .岡秦麟.化學驅油論文集C .北京:石油工業(yè)出版 社，1998.

26、 246 - 253YUAN Yirang, YAN G D anping, Q I L ianqing, et al Soluti on algo rithm study for polymer flooding simulato r A .GAN G Q inlin. Papers of Chem ical Enhanced Oil Recovery C . Beijing: Petro leum Industrial Press, 1998. 246° 253.(in Chinese)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., L

27、td. All rights reserved.普利鋒，等：幾種交聯劑對PVA固定化活性污泥的活性比較16051995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.普利鋒，等：幾種交聯劑對PVA固定化活性污泥的活性比較1605(上接第1605頁)參考文獻 (Refere nces)1 王建龍.生物固定化技術與水污染控制M .北京：科學出 版社,2002.WAN G Jianlong. Immobilizati on Techniques of Biocatalysts and W ater Polluti

28、on Contro l M . Beijing: Sciences Press, 2002 (in Chinese)2 王建龍，施漢昌.聚乙烯醇包埋固定化微生物的研究及進展J.工業(yè)微生物，1998, 28 (2): 35 一39WAN G Jianlong, SH I Hanchan. The research and advances of m icrobial immobilizati on in po lyvinyl alcohol (PVA ) gel J. Ind ustria l M icrobiol ,1998,28(2):35 一 39 (inCh inese)3 李花子，王建龍，文湘華，等 聚乙烯醇-硼酸固定化方法的 改進J .環(huán)境科學研究，2002, 15(5): 25一 27